(1) 課題番号：0503
(2) 実施機関名：東北大学大学院理学研究科
(3 )課題名：ＧＰＳ−音響結合式測地測量のための試験観測
(4) 本課題の5ヵ年計画の概要とその中での平成14年度までの成果：
(4-1) 「地震予知のための新たな観測研究計画の推進について」の項目：
3．(2) 観測技術
(4-2) 関連する建議の他の項目：
３（２）イ
(4-3) 「５ヶ年計画全体としてのこの研究課題の概要と到達目標」に対する到達した成果：
非地震性すべりの時空間パターンを理解するためには，海底における測地観測を実現し海陸にまたがる観測網を構築しなくてはならない．地震観測などの結果は、三陸沖では巨視的なカップリングは比較的小さいと考えられているのに対して，最近の陸上GPSのデータ解析の結果は100%近いカップリングを示し，相矛盾する結果となっている。このような問題を解決するためには海域での測地観測が最も有効であり、実用レベルの観測装置も完成しつつある。三陸沖における実海域試験観測を可能な限り推進し、ハードと解析ソフトを充実させていき、最終的には実用的な観測精度（数cm/年の相対変位速度の検出）を実現することが本研究の目標である．
平成１３年度に地震予知の「現場」である三陸沖日本海溝の海側と陸側において、海底精密測位システムを設置し、初めて本格的な試験観測を行った。船の音響ノイズをさけるために、海上の観測には１個の音響トランスジューサと３台のGPSアンテナおよび動揺観測装置を搭載したブイを使用した．海溝海側の水深5500m海域に精密測距装置３台を設置し、高分解能の音響測距ができることを確認したが、1台は動作不良で回収した。その後、残る２台も長期観測においては問題があることが判明した。東京大学地震研究所の釜石沖光ケーブル式海底地震・津波観測システムの先端部分の近くの海溝陸側に，３台の小型音響測距装置を設置した．小型船舶により小型のブイを用いた測位観測を行った。音響測位は計画通り実施できたが、小型のマリーンアンテナでは，精度のキネマティックGPS測位ができないことが分かった。また、キネマティックGPS測位については、陸上で仙台−東京間の測位実験を行い、約１cmの測位精度を確認している。
(5) 平成1４年度成果の概要：
(5-1) 「平成12年度全体計画骨子の補足説明 ３．具体的な課題提案の背景」のどの項目を実施したのか：
○主たる項目：
(2) プレート境界におけるカップリングの時空間変化
(2)-2．テストフィールド
(2)-2-1．三陸沖
(5-2) 平成1４年度項目別実施計画のどの項目を実施したのか：
7．「観測技術開発」研究計画
(1) 海底諸観測技術の推進
(5-3) 平成1４年度に実施された研究の概要：
平成１４年度は，「海半球ネットワーク」で開発した観測システムを用い，地震予知の「現場」である三陸沖において試験観測を実施した．日本海溝を挟む２点において、限定的ではあるが長期試験観測を開始した。成果が限定的になったのは、今年度に本研究に関して実施された合計４航海のうち、１泊２日の航海を除く３航海がいずれも台風の影響をまともに受けて航海計画が大幅に変更になり、当初の計画を実行できなかったためである。
水深約2850mの海溝陸側においては、前年度に３台の測距装置を設置し、精密測位観測を行ったが、小型のマリーンアンテナを用いたために、精密なキネマティックGPS測位ができなかった。そこで今年度は陸上の測地観測に用いているアンテナを用いて観測を行い、条件のよい時には数cmの測位精度を得ることができた。しかし、小型の船（岩手丸）を用いているために、ブイが小型になり、GPSアンテナ間が１mとしたために、測位が不安定であり、十分な測位結果は得られなかった。今後の課題である。
水深約5500mの海溝海側のサイトでは、前年度に測距装置を設置し、精密測位観測を行ったが、測距装置に長期観測に対する問題があることが判明した。そこで今年度７月の淡青丸航海において、新たに３台の測距装置を設置した。その場所で２航海において約３日間の測位観測を計画していたが、台風のため、実際には海洋情報部の「海洋」による約半日の測位観測しかできなかった。また、海洋科学技術センターの観測船「かいれい」と無人探査機「かいこう」を用いた潜航調査において、海底に設置した精密音響測距装置を観察し、厚い堆積層の上に設置された装置がほとんど沈まず、姿勢が安定していることが確認できた。また装置の回収および再設置も行うことができたので、海底長期観測における装置の交換に関する基礎実験も実施できた。
(5-4)
当初設定した平成1４年度の到達目標に対する成果の概要：
５カ年計画の到達目標は，三陸沖プレート境界地震発生領域における海底測地観測の実現であった．「実現」という目標を達成するためには，長期試験観測により，開発されたシステムによるデータが「真の地殻変動」をどこまでとらえているのかを検証することが不可欠である．この目標に対して、日本海溝を挟む２点において、限定的ではあるが長期試験観測が開始されたということが、平成14年度の成果である。ただし、今年度は計画した３つの航海が台風の影響をもろに受けたために、十分な観測は実施できなかった。また、海溝陸側においては、小型の船を用いているために、ブイが小型になり、GPSアンテナ間を１mとしたために、十分な精度は得られなかった。海溝海側では新たに３台の測距装置を設置し、約半日の測位観測を行った。データは限られているが、今後の長期観測の開始となるデータが得られた。
また昨年度の観測データの解析が進み、日本周辺の沈み込み帯における任意の場所で、海底精密測位観測を開始できる要素技術がほぼ確立されたことが分かった。海溝海側のサイトで、約350km離れた仙台と約270km離れた大船渡市(旧三陸町)の陸上固定局を基準局として前年度に行った海上キネマティックGPS測位データを解析したところ、システマティックな誤差はほとんどなく、ばらつきが2—3cmであることを確認できた。つまり、陸上局から350kmの海底の位置を2—3cmの精度で決定できる目処がついたと言える。
この他、無人探査機を用いた潜航調査において、海底に設置した精密音響測距装置を観察し、厚い堆積層の上に設置された装置がほとんど沈まず、姿勢が安定していることが確認された(写真1，2)。また装置の回収および再設置も行うことができたので、海底長期観測における装置の交換に関する基礎実験も実施できた。
(5-5) 共同研究の有無：
７月の淡青丸航海において、東京大学地震研究所，東京大学海洋研究所，米国カリフォルニア大学スクリップス海洋研究所との共同研究を実施した。海域は三陸沖であり、４名が観測に参加し、他に数名が観測の準備に参加した．７月にはそれに引き続いて海洋科学技術センターの観測船「かいれい」と無人探査機「かいこう」の調査航海において、海洋科学技術センターの研究業務部の協力を得て、海底に設置した精密音響測距装置の観察と回収・再設置を行った。１０月には海上保安庁海洋情報部との共同研究の下に、調査船「海洋」の三陸沖航海に２名乗船し、海溝海側の精密測位実験を実施した。また岩手県からの研究協力を受けて、６月下旬に行われた岩手県水産技術センターの岩手丸の航海において、釜石沖における海底測位観測を実施した。
(5-6) 平成14年度の成果に関連の深いもので，平成14年度に公表された成果：
Fujimoto, H., A.
Sweeney, S. Miura, N. Uchida, K. Koizumi, and Y. Osada,
ROV observation of precision acoustic transponders deployed on thick sediment, International
Symposium on Geodesy in Kanazawa, October, 2002.
Fujimoto, H., A.
Sweeney, S. Miura, N. Uchida, and K. Koizumi, On the stability of horizontal
positions of acoustic transponders for seafloor geodesy deployed on thick
sediment, EOS Trans., AGU, 2002.
Miura, S., A.
Sweeney, H. Fujimoto, H. Osaki, E. Kawai, R. Ichikawa, T. Kondo, Y. Osada, and D. Chadwell,
Evaluation of Accuracy in Kinematic GPS Analyses
Using a Precision Roving Antenna Platform, EOS Trans., AGU, 2002.
(6) この課題の実施担当連絡者：
氏名: 藤本博巳，
Tel: 022-225-1950
Fax: 022-264-3292，
e-mail: fujimoto@aob.geophys.tohoku.ac.jp
図の説明
写真1．海底投入前の高精度トランスポンダー．
写真2．海洋科学技術センターの無人探査機「かいこう」の調査航海により観察された高精度トランスポンダーの着底状況．
